打造基于动态可重构电池网络的数字储能系统,构建储能即服务的商业模式——记清华大学电机系研究员慈松

"双碳"目标下,我国电力系统正在发生深刻的变革.风、光可再生能源的大比例接入增加了新型电力系统的波动性、随机性,促成储能需求的爆发.然而,在电化学储能系统中,电化学体系的非线性变化特征使其难以预测、不易控制,增加了储能的安全风险和调控难度,降低了储能的经济效益.

专业基础课中的研究型教学——清华大学电路原理课案例研究

本文以清华大学电路原理课对教学方法、教学手段和教学组织的改革为例,讨论了在科技迅猛发展和培养创新型人才前提下基础课和专业基础课进行研究型教学的可行思路,以供广大基础课和专业基础课教师参考。

基于社交媒体的“互联网＋”学术交流模式探究--以清华大学微沙龙为例

移动互联网技术的兴起,深刻地改变着现有的教育教学模式。介绍了清华大学在研究生学术交流工作中,结合社交媒体,探索基于移动互联网的"O2O"学术交流新模式——微沙龙,实现了对传统学术交流模式的有益补充,使随时随地开展学术交流成为可能。实践证明:这一模式能有效培育学生学术交流习惯,促进跨学科学术交流,激发创新潜力,建设更为自主、活跃的高校学术交流环境。

专业基础课教学内容的选材与创新——清华大学电路原理课程案例研究

以清华大学电路原理课对教学内容的改革为例,讨论了在科技迅猛发展和培养创新型人才的前提下基础课和专业基础课对经典教学内容进行选材与创新的可行思路,可供广大基础课和专业基础课教师参考和借鉴。

基于离散状态事件驱动的电励磁同步电机系统建模解算方法

微电网系统可以实现分布式电源、储能和负载的灵活接入,目前受到了广泛关注。建模仿真方法是微电网系统分析和设计的基础工具。但是,由于微电网系统往往含有多种直流、交流电源以及大量的电力电子装置,对系统进行准确解算耗时很长,仿真速度慢已成为系统分析设计的瓶颈问题之一。离散状态事件驱动(DSED)方法能够针对大规模电力电子变换器进行高效的解算,具备在微电网系统仿真中应用的潜力,但是由于建模解算均基于线性状态方程,该方法目前无法求解电励磁同步电机这一微电网系统中的非线性基本元件。该文提出了基于DSED方法的电励磁同步电机建模解算方法——状态变量接口解耦解算方法,使得DSED方法能够对包含电励磁同步电机的非线性微电网系统进行高效解算,从而提高仿真效率。在微电网系统算例研究中,与商业仿真软件相比,基于该文所提方法可以在相同精度下提高解算速度40余倍,从而可以为包含非线性旋转设备的大规模微电网系统准确高效的分析和设计提供仿真工具。

大型水轮发电机定子绕组分布电容对位移电压影响分析

景洪电站发电机三相电势对称,且静态实测三相对地电容近似相等,在此条件下发电机正常运行时中性点仍有明显的位移电压,集中参数电路模型无法解释该现象,因此提出基于准分布电容参数模型的中性点位移电压分析方法。通过电路分析,得到定子绕组对地准分布电容与中性点位移电压的关系式,理论解释了分布电容不均匀会导致位移电压出现。采用兰州电机厂制造的12kW实验样机进行了实验验证,并针对准分布电容中偏大或偏小电容所在位置以及电容不均匀度对位移电压影响的实验结果进行了定量分析。针对由分布电容不均匀所带来的位移电压偏大的问题,提出在机端外挂电容的解决方案,理论求解外挂电容值,并通过仿真实验验证了方案的有效性。

于歆杰:大学应及时统筹布局人工智能

人们要意识到,ChatGPT和人是共生关系,也是合作关系,不必非此即彼,而要融合——要部分地使用它,让它服务于人。“人工智能对人类的改变将是巨大的,它将成为人类社会运作的一个新维度。”清华大学电机系教授于歆杰在接受本刊采访时说。作为最早的慕课名师之一,于歆杰认为,人工智能对高等教育的影响是远远大于慕课的。在他看来,人工智能的高速发展给研究型高校、教师和学生都带来了全新挑战,面对即将到来的挑战,大学应抓住关键发展时期进行统筹布局。

基于图像融合与迁移学习的永磁同步电机驱动器强泛化性故障诊断研究

参数失配、死区效应、采样偏差、传感器故障、编码器故障等会导致永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)三相电流包含高次谐波,进而产生转矩脉动与振动噪声。针对这一问题,该文提出一种基于图像融合和深度学习的数据驱动方法诊断电驱系统故障。首先,以永磁同步电机驱动器三相电流信号作为原始数据源,结合仿真和实验建立多源故障数据库。其次,对三相电流信号进行短时傅里叶变换,得到时频域彩色图像,各相提取一种颜色形成灰度图表示单相特征。采用图像融合方法将3张灰度图融合为一张彩色频谱特征图。最后,应用SqueezeNet迁移学习对样本进行训练。实验结果表明,该方法综合故障诊断准确率达到98.63%,说明所提方法能实现系统级的多源故障诊断,并且具有较高的实用性与泛化性,可以有效提高故障诊断的准确率。

十二相整流同步发电机系统异桥相间短路的故障分析

十二相整流同步发电机系统在移动平台已得到广泛应用。出于对系统安全运行问题的全面考虑,该文分析了该系统中一种特殊的定子内部短路故障——异桥相间短路。考虑到故障相所在的两组三相绕组之间故障附加回路的特殊拓扑结构及其对整流桥换相模式的影响,该文对原有的十二相整流发电机多回路数学模型进行了扩充,用来计算异桥相间短路的定、转子绕组及整流桥直流侧负载电压、电流等电气量,并通过样机实验,验证了计算结果的准确性。基于仿真与实验结果,分析了十二相整流发电机定子绕组异桥相间短路故障的电气特点,特别指出其短路回路电流等故障量随直流侧负载电阻增大而减小,为这种特殊故障的危害评估及保护研究提供了依据。

基于拼图方式的电力电子电机系统通用仿真软件包

在综合分析、研究了国内外电力电子仿真软件的基础上，结合课题的实际应用背景和现有的工作条件，开发了基于拼图方式的电力电子电机系统通用仿真软件包。该软件包以全新的拼图方式完成系统的连接和设计，并通过直观的图形用户界面，提供对任意系统变量波形曲线的观察，实现科学计算的可视化。该软件对电力电子电机系统仿真做了一些研究工作，包括双馈电机调速系统（矢量控制），仿真结果与实验数据作了对比，验证了仿真的正确性。

矩阵式变换器-异步电机系统的故障保护及容错运行方式

矩阵式变换器(MC)没有自由续流回路,这使得其安全保护成为一个难点。本文提出了一种新的矩阵式变换器-异步电机系统(MCIMS)故障保护方式,当出现故障时,通过控制变换器开关或进行结构重组为电机提供一个可控的续流回路,使电机迅速释放储存能量安全停车或容错运行,并针对电机过载、电力开关断路和短路三种情况分析了所提出保护策略的可行性。仿真和实验结果验证了该方法的可行性和有效性。

交流励磁发电机系统的动态性能分析

本文建立了非理想交流励磁发电机的数学模型。采用多回路的分析方法 ,对建立在相坐标下的交流励磁发电机的动态性能进行了分析。采用定子磁场定向的控制方法 ,实现了有功、无功的解耦控制。

励磁方式差异对RAM发电机过流保护整定的影响

中广核下属电站控制棒驱动机构电源系统(rotating asynchronous machine,RAM)包含上电、中船和热蒙3种机型,除上电机型为自并励励磁方式外,其他2种机型均为相复励励磁方式。但各电站在整定不同励磁方式RAM发电机的过流保护时,没有考虑励磁方式差异对过流保护定值及延时整定的影响,存在过流保护拒动以及与其他异常工况保护失配的隐患(误动作)。建立了不同励磁方式RAM发电机的PSACD模型,通过理论分析和仿真说明了励磁方式差异对RAM发电机机端短路电流衰减过程的影响,并通过动模实验验证了仿真分析的正确性。基于理论分析和仿真结果,对不同励磁方式下RAM发电机过流保护的定值及延时进行合理整定,并在中广核下属电站得到实际应用。

基于半正定松弛与高斯随机化的电制燃料设施联合煤电机组优化经济调度方法

给出一种电制燃料设施与煤电机组联合运行的方案,可在产生电力、甲醇等重要二次能源的同时,提高发电系统灵活性。为了对联合机组进行合理调度,实现提升灵活性的同时确保经济性最优,提出了电制燃料设施联合煤电机组参与调频服务的优化经济调度方法。在充分考虑调频服务市场规则的情况下,构建了电制燃料设施与煤电机组联合参与单次调频的优化经济调度模型,相比已有研究该模型更加准确;针对含max函数的NP-hard非线性模型求解困难的问题,提出了采用分类转换并利用半正定松弛对原问题进行松弛,通过高斯随机化求解的方案。算例分析表明所提方法具有准确、高效的优势,为灵活能源设施与煤电机组联合运行的优化经济调度提供了参考。

基于探测线圈电压小信号的同步电机内部故障在线检测研究

在同步电机中内置一种特殊的气隙探测线圈,理论上只有发生绕组内部不对称故障时,其端口才出现交流电压,可据此进行内部故障在线检测。根据这种探测线圈端口电压小信号的特点和故障在线检测的需求,本文提出了一种检测信号采集与处理方案,设计了比例放大、模拟信号隔离、信号调理、模数转换采样、信号分析处理等环节,解决了探测线圈端口电压幅值小、特征信号细微、共模电压高等研究难题,实现了对故障特征信号的提取。经实验验证,信号输入/输出波形相位一致,波形实现了等比例放大且未发生畸变,在线检测系统运行可靠。

基于新能源-负荷相似性的源荷储协调调峰优化调度

合理利用可调节负荷的响应特性来实现源荷储的协调调度,可有效缓解新能源、负荷的不确定性所带来的调峰压力。基于新能源-负荷(NER-L)相似性,建立可调节负荷响应目标。基于相关系数,建立能准确刻画负荷对新能源出力跟踪匹配程度的NER-L相似性指标,并将指标引入所建源荷储协调调峰的双阶段优化调度模型。第一阶段模型以NER-L相关系数最大为目标,确定可调节负荷在各时段的响应功率并获得最优电网负荷;第二阶段模型以弃风弃光量最小、调峰运行成本最低为目标,优化火电机组及储能出力。以IEEE 30节点系统为例,对NER-L相似性、净负荷峰谷差、系统调峰运行经济性及新能源弃电功率进行计算分析,结果验证了所提模型的有效性。

考虑火电有序退役的源-网-储协同多阶段规划方法

“双碳”目标下,我国电力系统亟需深度脱碳转型,传统以煤电为主的电力能源结构将发生根本性转变。研究火电机组的有序退出,实现安全、经济的低碳化转型是新型电力系统建设的重要课题。为此,该文提出一种考虑火电有序退役的源-网-储协同多阶段规划方法,在保证绿色、安全新型电力系统建设的基础上,提升电力系统低碳化转型经济效益。首先,建立可考虑火电机组退役的源-网-储协同多阶段规划模型。然后,设计模型线性化及求解加速方法提高模型运行效率。最后,以HRP-38测试系统为典型算例,提出在碳排放限额约束及新能源占比逐渐提高共同影响下的火电发展及退役路径,并从惯量需求等角度评估含火电机组有序退役的多阶段规划模型的有效性。

大容量高压级联储能系统分型融合控制方法

储能的规模化应用为可再生能源高占比的新型电力系统提供重要支撑。高压级联储能系统将电池布置于级联H桥模块直流侧,是提高储能设备单机容量的有效手段。储能变流器控制方式包括跟网型控制和构网型控制两类,其中跟网型控制功率响应快速,但在弱网中易振荡失稳;构网型控制具有主动支撑能力,但存在强网适应性问题。该文提出了分型融合控制方法,实现了跟网特性与构网特性的柔性融合和灵活调节,提高了高压级联储能系统的电网强度适应性。通过仿真分析验证了所提控制方法的实用性与有效性。

干式直流电容器全链条国产化关键技术探讨

高性能薄膜电容器广泛应用于新能源交通工具、输变电工程、医疗救治器械和电磁脉冲武器等领域,其中干式直流电容器更是柔性直流输电的重要装备。目前薄膜电容器生产过程中从原料到重要装备完全依靠国外技术,高端薄膜电容器超净聚丙烯(PP)原料完全依赖从国外进口,加工双向拉伸BOPP薄膜和电极蒸镀等大型生产设备都是从发达国家购买,严重制约了我国薄膜电容器技术研发和工程应用,特别是在当前的复杂国际环境下带来诸多隐患,一旦国外禁止向我国出售相关原料和设备,将严重影响我国高科技领域的发展。由此,在当前复杂的国际环境和我国政府提出的“双碳”目标背景下,必须下大力气着力解决影响薄膜电容器领域发展的诸多关键因素,依靠自主技术服务于新能源系统建设。在国家重点研发计划“干式直流电容器用电介质薄膜材料”重点专项支持下,本文从薄膜电容器用电工级超净PP原料入手,探讨通过相关领域科研院所与相关企业深度合作,进行电工级超净PP原料技术攻关,解决研发验证过程中存在的问题,从全局观出发力图解决我国干式直流电容器工程应用面临的重大问题,形成我国干式直流电容器全链条国产化关键技术。

基于传递函数分析的双馈风力发电系统动态建模方法研究

以双馈风力发电系统(doubly-fed induction generator based wind energy conversion system,DFIG-based WECS)为例,利用小信号分析法推导出由风机、双质量块传动链构成的动力与传动系统通用传递函数方程。动力与传动系统传递函数的零极点位置、稳定性与系统参数及系统运行工作点相关。该传递函数可进一步分解为扭转分量和非扭转分量。传动链参数仅对扭转分量造成影响。在此基础上,建立了考虑动力传动、电机、变流器、控制等环节的风力发电系统传递函数模型。模型综合了各环节参数,可直观反映系统参数对系统响应的影响,有助于深入了解系统动态行为。算例及时域仿真结果证明了所提出传递函数模型的准确性和高效性,可为系统参数设计研究提供理论依据。